小菜蛾基因PxRan与对溴氰菊酯抗性的相关性探究

作     者：章婷婷 

作者单位：南京师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：程罗根

授予年度：2021年

学科分类：09[农学] 0904[农学-植物保护] 090402[农学-农业昆虫与害虫防治] 

主      题：PxRan 溴氰菊酯 应激 抗药性 小菜蛾 

摘      要：小菜蛾(Plutella xylostella L.)以其明显的进化优势和极高的抗性水平成为最难防治的害虫之一。在杀虫剂的长期选择压力下,小菜蛾已经进化出一套复杂的适应性反应。抗性种群的出现和发展无疑是害虫防治和农业生态发展的重要障碍。筛选抗性相关基因,将有助于完善小菜蛾的抗性机制和制定更有效的小菜蛾综合防治策略。我们前期研究发现,PxRan的表达水平在小菜蛾抗溴氰菊酯品系中显著提高,推测其可能与溴氰菊酯抗性相关。Ran是一种小的单体G蛋白,因其大小和特异的氨基酸序列基元DTAGQE而被确认是Ras相关的GTP水解酶,故得名Ras相关核蛋白(Ras-related nuclear protein,Ran)。Ran作为细胞中含量最丰富的GTPase,在抵抗逆境胁迫中起到重要的信号转导作用。我们前期研究发现Ran能快速响应对硫磷、DDT、西维因等多种杀虫剂胁迫,并参与果蝇Kc细胞对溴氰菊酯的耐受。通过上调Ran表达水平或促进Ran的核进口能有效减少溴氰菊酯诱导的细胞凋亡。本研究首先发现PxRan的表达水平在小菜蛾抗性品系中显著提高,推测其可能与溴氰菊酯抗性相关。本研究以果蝇Kc细胞为模型过表达PxRan,进一步探究PxRan在溴氰菊酯应激和耐受中的作用与分子机制。主要结果如下:(1)PxRan基因表达水平在小菜蛾抗溴氰菊酯品系和敏感品系中存在显著差异,可能是一个溴氰菊酯抗性相关基因;(2)PxRan参与果蝇Kc细胞对溴氰菊酯的应激,过表达PxRan能明显减少溴氰菊酯诱导的细胞凋亡,同时过表达Ntf2和PxRan能进一步增强细胞的耐受能力;(3)过表达PxRan能显著增加核内Nrf2蛋白水平,通过激活Nrf2/Keap1通路,启动下游解毒酶基因(Cyp6a8、Gst S1、Sod1等)的活跃表达;(4)过表达PxRan能有效激活Toll信号通路并显著上调多个免疫相关因子(Toll7、Drsl1、Drsl5等)的m RNA表达水平。上述结果表明,PxRan参与细胞对溴氰菊酯的应激与耐受,并能有效激活Nrf2/Keap1通路和Toll信号通路,因此,PxRan基因可能通过影响相关的信号通路参与对溴氰菊酯的耐受和抗性。这一发现为揭示溴氰菊酯抗性的新机制提供了重要线索,为有效防治其抗性发展提供了新的思路。